Вуглеводи. 
Атомний та молекулярний рівень хімічного складу клітини

Це група органічних сполук, загальна формула яких (СН₂О)_П, або С_П(Н₂О)_П, де n — будь-яке ціле число від 3 та більше. За загальною формулою на один атом карбону припадає одна молекула води (звідси назва цієї групи органічних сполук).

Вуглеводи переважно мають велику молекулярну масу, тому їх називають макромолекулами (від грецьк. makros — великий). Такі високомолекулярні органічні сполуки, молекули яких складаються з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок, що повторюються, називають біополімерами (від грецьк. bios — життя, poly — багато, meros — частка). Прості молекули, із залишків яких складаються біополімери, називають мономерами (від грецьк. monos — один, meros — частка). Залежно від кількості мономерів, що входять до складу молекул, вуглеводи поділяють на три основні класи: моносахариди, або прості цукри; олігосахариди, полісахариди.

Моносахариди, або прості цукри, — це сполуки із загальною формулою (СН₂О)_П, де n — будь-яке ціле число від 3 до 10 (тріози — 3 атоми карбону; тетрози — 4; пентози — 5, гексози — 6 і так далі до декоз — 10). Отже, до складу моносахаридів, так само як і до складу жирів, входять лише карбон, гідроген і оксиген у співвідношенні 1С: 2Н: 1О. У моносахаридів один з атомів карбону має подвійний зв’язок з атомом оксигену. Всі моносахариди мають гідроксильні (-ОН) та інші полярні групи і тому легко розчиняються у воді.

Моносахариди солодкі на смак і добре кристалізуються. У природі найпоширеніші пентози (рибоза і дезоксирибоза, які входять до складу нуклеїнових кислот) і гексози — глюкоза (виноградний цукор) і фруктоза (плодовий цукор). Глюкоза — це головне джерело енергії в клітині. За своїм елементним складом глюкоза і фруктоза абсолютно однакові і мають молекулярну формулу С₆Н₁₂О₆. Але їхні структурні формули — різні: у глюкози подвійний зв' язок з атомом оксигену міститься на першому атомі карбону, а у фруктози — на другому. Речовини, які мають однакові молекулярні формули, але різняться порядком зв’язків, називаютьсяізомерами (від грецьк. іsos — однаковий і meros — частина).

Олігосахариди — сполуки, в яких кілька залишків молекул моносахаридів з'єднані між собою ковалентними зв’язками. Які ділянки молекул моносахаридів можуть забезпечити їх з'єднання при полімеризації? Гідроксильні групи (-ОН) двох моносахаридів здатні взаємодіяти одна з одною. При цьому виділяється молекула води і між залишками моносахаридів утворюється ковалентний зв’язок. Таким чином, в олігосахаридів співвідношення між карбоном, гідрогеном і оксигеном таке: 1_n: 2 _n_₂: 1 _n-1. Серед олігосахаридів найпоширеніші дисахариди, які утворюються внаслідок сполучення залишків двох молекул моносахаридів. Усі дисахариди мають ту саму молекулярну формулу С12Н22О11, але в них різні фізичні та хімічні властивості. Наприклад, буряковий цукор — сахароза — складається із залишків глюкози і фруктози, а солодовий — мальтоза — лише із залишків двох молекул глюкози. Дисахариди мають солодкий присмак, добре розчинні у воді.

Полісахариди — молекули, молекулярна маса яких може сягати кількох мільйонів, складаються з сотень і тисяч залишків моносахаридів. Залишки молекул моносахаридів з' єднані між собою ковалентними зв' язками. Отже, полісахариди — це біополімери, мономерами яких є моносахариди. Полісахариди різняться між собою складом мономерів, довжиною та розгалуженістю ланцюгів. На відміну від монота оліго-сахаридів, полісахариди майже не розчиняються у воді й не мають солодкого присмаку.

Найпоширенішими полісахаридами у природі є:

• а) крохмаль, який синтезується в процесі фотосинтезу в клітинах рослин і складається із залишків молекули глюкози; існує дві форми крохмалю: амілоза, яка має нерозгалужені ланцюги і у водному розчині під дією йоду набуває синього кольору, та амілопектин, у якого розгалужені ланцюги і який зафарбовується в червоний колір;
• б) целюлоза, яка побудована з молекул глюкози; між ними міцні зв' язки; міститься у клітинних стінках рослин;
• в) хітин, який входить до складу клітинних стінок деяких зелених водоростей.

Функції вуглеводів:

• а) енергетична (за повного розщеплення 1 г вуглеводів вивільняється 17,2 кДж енергії); вуглеводи — це універсальне і важливе джерело енергії в клітині; важлива роль вуглеводів у енергетичному балансі живих істот пов' язана із здатністю розщеплюватись як за участі кисню, так і без нього;
• б) будівельна (входять до складу опорних елементів клітин організмів);
• в) запасання поживних речовин (резервний полісахарид у рослин — крохмаль, утворений із залишків молекул глюкози);
• г) захисна (у рослин — камедь — прозора смолиста речовина бурштинового кольору, яка виділяється з тріщин гілок і зелених плодів вишень та абрикос, захищає від проникнення бактерій і вірусів);
• д) регуляторна (рослинна їжа складається з клітковини, яка викликає механічне подразнення шлунка і кишечнику).